近年來,隨著永磁材料的發(fā)展,永磁同步電機應用日益廣泛。永磁同步電機根據(jù)反電動勢和電流波形的不同,可分為梯形波永磁同步電機(無刷直流電機)和正弦波永磁同步電機(永磁同步電機)。正弦波永磁同步電機為實現(xiàn)其正弦波驅動控制需要連續(xù)的轉子位置信號,通常采用機械位置傳感器(旋轉變壓器、光電編碼器等),機械位置傳感器雖可以提供高精度的轉子位置信息,但其體積大,價格高,增加了轉子的慣量,且性能易受環(huán)境因素的影響,限制了永磁同步電機的應用場合。近年來受到廣泛的關注的無位置傳感器技術,是通過檢測反電動勢(電壓)或電流等過零點獲取轉子的位置信號,此技術雖取消了機械位置傳感器,但存在控制復雜,位置檢測精度不高,運行轉速范圍受到限制等問題。為解決上述問題,本文研究采用低成本的低分辨率位置傳感器取代機械位置傳感器,通過位置估算法得到高分辨率的轉子位置信號,以實現(xiàn)永磁同步電機的正弦波驅動控制問題。 首先,本文分析了傳統(tǒng)的采用位置區(qū)間的平均速度和采用平均速度并引用平均加速度實現(xiàn)位置估算法的原理,針對其不足提出了一種改進的方法,該法通過對位置區(qū)間初始速度的估算,可以顯著提高速度、位置的估算精度。本文建立上述三種位置估算法的Matlab仿真模型,并對其進行了仿真研究,仿真結果表明:改進位置估算方法即使在加減速等動態(tài)性能過程中也能保持較小的位置誤差,性能明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的方法。 其次,完成了以TI公司的數(shù)子信號處理器(DSP)TMS320LF2407A為主控芯片,以IR公司IR2110為驅動芯片采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機控制系統(tǒng)的硬件電路的設計和調試工作。探討了正弦波永磁同步電機在采用無電流傳感器的電流開環(huán)控制時的控制策略問題。在此情況下電壓相位角φ對電機運行性能有重要的影響,為得到最佳的φ=f(ω)曲線,需根據(jù)負載特性進行優(yōu)化。 最后,完成了基于TMS320LF2407A采用低分辨率位置傳感器的正弦波永磁同步電機的軟件設計,文中詳細討論了位置估算程序和實現(xiàn)SVPWM程序的設計和調試,并對其進行了實驗驗證。
上傳時間: 2013-07-23
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超聲波電機(Ultrasonic Motor簡稱USM)是八十年代發(fā)展起來的新型微電機。本文針對超聲波電機及其控制技術的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢,以我國研究技術相對比較成熟并有產(chǎn)業(yè)化前景的行波超聲波電機(Traveling-wave Ultrasonic Motor簡稱TUSM)的伺服控制技術為研究對象,以直徑60mm的行波超聲波電機TUSM60為研究實例,在特性測試、動穩(wěn)態(tài)性能分析,辨識模型建立、控制策略與控制算法的選擇與實現(xiàn)等方面展開研究。本論具體的研究內容為: 在分析超聲波電機研究歷史和現(xiàn)狀的基礎上,結合國內外超聲波電機特別是行波超聲波電機控制技術的發(fā)展趨勢,重點論述了行波超聲波電機及其驅動控制技術的研究進展。 介紹行波超聲波電機的基本結構,并從該電機的主要理論基礎--壓電原理、行波合成、接觸模型出發(fā),分析了行波超聲波電機定子質點的運動方程.并結合定轉子摩擦接觸特點,分析了行波超聲波電機的運行機理。 根據(jù)對行波超聲波電機測試和高精度控制的要求,研制出基于雙DSP和FPGA的超聲波電機高性能測試控制平臺。其中控制核心采用了雙DSP結構,可以在對行波超聲波電機進行控制的同時,將必要的參數(shù)讀取出來進行分析和研究。為行波超聲波電機瞬態(tài)特性分析以及控制策略、控制算法的深入研究打下了基礎。 對電機的瞬態(tài)、穩(wěn)態(tài)特性進行的測試,可以分析驅動頻率、電壓以及相位差等調節(jié)量對電機輸出的影響。在此基礎上進一步對行波超聲波電機的調節(jié)方式、控制算法選擇方面進行分析,并得到相應結論。 通過對實驗數(shù)據(jù)的總結和歸納,利用系統(tǒng)辨識中的非參數(shù)方法,建立在特定頻率條件下的近似線性模型。在行波超聲波電機工作范圍內,辨識若干組不同頻率條件下的近似線性模型,將這些模型的參數(shù)進行二維或三維擬合,可以得到一個關于行波超聲波電機傳遞函數(shù)的模型。辨識模型的建立為合理的選擇和優(yōu)化控制參數(shù),控制效果的驗證等提供了行之有效的手段。 在對行波超聲波電機的速度控制、位置控制展開的研究中.首先利用遺傳算法對常規(guī)PI恒轉速控制的控制參數(shù)整定及修正方法進行了研究;利用神經(jīng)元的在線自學習能力,研究和設計單神經(jīng)元PID-PI轉速控制器,提高控制系統(tǒng)對電機非線性和時變性的適應能力;為了消除在伺服控制中,單一調節(jié)量(驅動頻率)情況下,低轉速的跳躍問題,研究和討論了多調節(jié)量分段控制方法,并利用模糊控制對控制方法的有效性進行了驗證;在位置控制中,利用轉速控制研究的結果,研究和設計了位置--速度雙環(huán)(串級)控制器,實現(xiàn)了電機高精度位置伺服控制。 通過對已有控制系統(tǒng)的改進和簡化,設計和研制了具有實用化價值行波超聲波電機控制器:并將研究成果應用于針對核磁成像設備而設計的行波超聲波電機隨動控制系統(tǒng)中,同時嘗試了將該控制器用于高精度X-Y兩維定位平臺。
上傳時間: 2013-07-13
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電壓源型PWM逆變器在當前的工業(yè)控制中應用越來越廣泛,在其應用領域中,交流電動機的運動控制是其很重要的組成部分。在PWM逆變器的控制過程中,設置死區(qū)是為了避免逆變器的同一橋臂的兩個功率開關器件發(fā)生直通短路。盡管死區(qū)時間很短,然而當開關頻率很高或輸出電壓很低時,死區(qū)將使逆變器輸出電壓波形發(fā)生很大畸變,進而導致電動機的電流發(fā)生畸變,電機附加損耗增加,轉矩脈動加大,最終導致系統(tǒng)的控制性能降低,甚至可能導致系統(tǒng)不穩(wěn)定。為此,需要對逆變器的死區(qū)進行補償。本文針對連續(xù)空間矢量調制提出了一種改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應補償方法;針對斷續(xù)空間矢量調制提出了通過改變空間矢量作用時間,來改變驅動信號脈沖寬度的補償方法,并對這兩種方法進行了理論分析和仿真研究。 本文首先詳細分析了死區(qū)時間對逆變器輸出電壓和電流的影響,以及功率開關器件寄生電容對輸出電壓的影響。其次對已提出的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應補償方法進行了理論分析,該方法先計算出補償電壓,再對由零電流鉗位現(xiàn)象引起的補償電壓極性錯誤進行校正,極性校正的參考量為d軸補償電壓的幅值,然而補償電壓的大小隨電流的變化而變化,因此該方法存在電壓極性校正時參考量為變化量的缺點,而且該方法只適用于id=0的控制方式,適用性較差。針對這些問題,本文提出了改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的補償方法,改進后的方法是先對由零電流鉗位現(xiàn)象引起的電流極性錯誤進行校正,然后再計算補償電壓的大小,電流極性校正時的參考量為三相電流極性函數(shù)轉化到γ-坐標系的函數(shù)sγ的幅值,sγ的幅值與補償電壓大小無關為恒定值,而且適用于任何控制方式,適應性強。再次把改進的減小零電流鉗位和寄生電容影響的死區(qū)效應補償方法應用到PMSM矢量控制系統(tǒng)中,采用MATLAB和Pspice兩種方法進行了仿真研究,仿真結果驗證了補償方法的有效性。對兩種仿真結果的對比分析,表明PSpice模型能更好的模擬逆變器的非線性特性。 最后,文章分析了連續(xù)空間矢量調制和斷續(xù)空間矢量調制的輸出波形的區(qū)別和死區(qū)對兩種波形影響的不同。針對DSP芯片TMS320LF2407A硬件產(chǎn)生的斷續(xù)SVPWM波,提出了根據(jù)電壓矢量和電流矢量的相位關系,通過改變空間矢量作用時間,來改變驅動信號脈沖寬度,對其進行死區(qū)補償?shù)姆椒ā=o出了基本空間矢量作用時間調整的實現(xiàn)方法,并建立了MATLAB仿真模型,進行仿真研究,仿真結果驗證了補償方法的正確性和有效性。
上傳時間: 2013-06-04
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電氣化鐵道牽引網(wǎng)在網(wǎng)絡拓撲結構、電氣元件上具有特殊性,開展數(shù)學模型和電氣參數(shù)研究對掌握其電氣性能具有重要意義。 本文主要介紹了電氣化鐵道牽引網(wǎng)基波與諧波的模型建立與電氣參數(shù)計算。 借用電力系統(tǒng)中的成熟計算方法,并結合牽引網(wǎng)的拓撲結構和導線的特殊性,闡述了多導體傳輸線的串聯(lián)阻抗和并聯(lián)導納矩陣的計算方法,給出了計算實例。 各種供電方式的牽引網(wǎng)都可等效成多導體傳輸線的供電網(wǎng)絡,網(wǎng)絡上的各種電氣參數(shù)均可視為串聯(lián)元件和并聯(lián)元件。牽引網(wǎng)的均勻多導體傳輸線采用等值Ⅱ型電路,對其它各種串聯(lián)與并聯(lián)元件也分別建模。 用C#語言編制了牽引網(wǎng)模型仿真計算軟件,實現(xiàn)了諧波在牽引網(wǎng)中的分布計算。為計算程序設計了良好的人機界面,通過界面可以完成牽引網(wǎng)的參數(shù)輸入與外部數(shù)據(jù)讀取,計算結果再用.csv格式輸出。其中,詳細介紹了LU三角算法。 最后,結合京哈線薊縣南牽引變電所供電區(qū)段高次諧波諧振測試,分析了牽引網(wǎng)參數(shù)對高次諧波諧振的影響,說明了諧振的原因并給出了治理措施。利用程序進行了仿真計算,驗證了程序的可用性。
上傳時間: 2013-07-23
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用VC寫的正弦波數(shù)據(jù)生成軟件,可以產(chǎn)生任意精度與分辨率數(shù)據(jù).做電機控制與其它的正弦波時很方便!
標簽: 正弦波
上傳時間: 2013-04-24
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電機是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)和日常生活最主要的原動力和驅動裝置。電機一旦發(fā)生故障,會造成不同程度的經(jīng)濟損失和社會影響。因此研究不同場合、不同運行狀態(tài)下電機故障診斷理論和相關技術具有很高的實用價值。 電機出現(xiàn)故障時,故障信號中往往含有大量的時變、短時突發(fā)性質的成分。因此可以通過檢測、分析故障信號,獲得電機的故障信息。傳統(tǒng)的信號分析方法,如傅立葉變換,是一種純頻域分析,缺乏空間局部性,不能滿足故障信號分析的要求。而小波分析和小波包分析法具有良好的時頻局部性,能夠將信號在任意頻段進行劃分,從而使在不同頻段的各種故障特征信號更加容易被識別和提取。基于小波包分析處理非平穩(wěn)信號的優(yōu)越性,本文選用小波包分析對電機故障信號進行分析檢測。 本文在研究了異步電機常見故障類型和診斷方法的基礎上,詳細分析了電機滾動軸承異常、轉子斷條、氣隙偏心等故障原因,采用基于信號分析法中的振動診斷法和定子電流檢測法,對電機滾動軸承故障、轉子斷條故障進行診斷。對于存在已知軸承故障的電機,在故障狀態(tài)下采集到振動信號,利用峭度值計算和小波包分析相結合的方法,選用db3作為小波基,進行小波包分析,對包含有故障特征頻率信息的信號進行重構,獲得軸承故障特征頻率,根據(jù)故障特征頻率的數(shù)值和能量,確定出軸承故障的類型。應用小波包分析和FFT相結合的方法,選用Coif5為小波包基,檢測轉子斷條故障特征頻率。在此基礎上,采集故障電機的振動信號和電流信號,并分別應用上述方法進行了仿真模擬實驗,結果表明這些方法是準確可行的。 論文以DSP為核心,完成了電機故障診斷系統(tǒng)的硬件電路的設計,包括信號檢測電路、調理電路,A/D轉換電路等,并給出了主要的軟件流程圖。
標簽: 異步電機 故障診斷 系統(tǒng)研究
上傳時間: 2013-04-24
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雙向DC/DC變換器(Bi-directionalDC/DCconverters)是能夠根據(jù)需要調節(jié)能量雙向傳輸?shù)闹绷?直流變換器。隨著科技的發(fā)展,雙向DC/DC變換器的應用需求越來越多,正逐步應用到無軌電車、地鐵、列車、電動車等直流電機驅動系統(tǒng),直流不間斷電源系統(tǒng),航天電源等場合。一方面,雙向DC/DC變換器為這些系統(tǒng)提供能量,另一方面,又使可回收能量反向給供電端充電,從而節(jié)約能量。 大多數(shù)雙向DC/DC變換器采用復雜的輔助網(wǎng)絡來實現(xiàn)軟開關技術,本文所研究的Buck/Boost雙向的DC/DC變換器從拓撲上解決器件軟開關的問題;由于Buck/Boost雙向DC/DC變換器的電流紋波較大,這會帶來嚴重的電磁干擾,本文結合Buck/Boost雙向DC/DC變換器拓撲與磁耦合技術使電感電流紋波減小;由于在同一頻率下不同負載時電流紋波不同,本文在控制時根據(jù)負載改變PWM頻率,從而使輕載時的電流紋波均較小。 本文所研究的雙向DC/DC變換器采用DSP處理器進行控制,其原因在于:目前沒有專門用于控制該Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制芯片,而DSP具有多路的高分辨率PWM,通過對DSP寄存器的配置可以實現(xiàn)Buck/Boost雙向DC/DC變換器的控制PWM;DSP具有多路高速的A/D轉換接口,并可以通過配合PWM完成對反饋采樣,具備一定的濾波功能。 本文所研究的數(shù)字雙向DC/DC變換器實現(xiàn)了在Buck模式下功率MOSFET的零電壓開通及零電壓關斷,電感電流的交迭使其電感輸出端電流紋波明顯變小,輕載時PWM頻率的提升也使得電流紋波變小。
上傳時間: 2013-06-08
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逆變電源的發(fā)展是和電力電子器件的發(fā)展聯(lián)系在一起的,隨著現(xiàn)代電力電子技術的迅猛發(fā)展,逆變電源在許多領域的應用也越來越廣泛,同時對逆變電源輸出電壓波形質量提出了越來越高的要求。逆變電源輸出波形質量主要包括三個方面:一是輸出穩(wěn)定精度高;二是動態(tài)性能好;三是帶負載適應性強。因此開發(fā)既具有結構簡單,又具有優(yōu)良動、靜態(tài)性能和負載適應性的逆變電源,一直是研究者在逆變電源方面追求的目標。本文對逆變電源三閉環(huán)控制方案、輸出相位控制、逆變電源數(shù)字化控制系統(tǒng)進行研究,以期得到具有高品質和高可靠性的逆變電源。 本文研究了單相全橋逆變電源與三相橋式逆變電源主電路參數(shù),包括逆變器、吸收電路、驅動電路、變壓器和濾波器,并對逆變電源變壓器的偏磁產(chǎn)生原因進行了深入分析,最后給出了有效的抗偏磁措施。針對三相橋式逆變電源通常不能保證三相電壓輸出平衡,研究了一種可以帶不平衡負載的三相逆變電源。研究了逆變電源的控制原理,建立了逆變電源系統(tǒng)動態(tài)模型,在此基礎上對逆變電源的各種控制方案的性能進行了對比研究,從而確定了一種新穎的高性能逆變電源多閉環(huán)控制方案。另外,針對逆變電源輸出相位存在固有滯后問題,采用了一種利用電壓瞬時值內環(huán)對逆變電源滯后的相角進行補償控制的策略,分析表明上述控制策略雖然有效,但無法做到輸出相角穩(wěn)態(tài)無差,對此,提出一種移相控制方案設想,相當于在原多環(huán)控制方案的基礎上加了一個相位控制環(huán)。這樣可以使逆變電源輸出相位誤差得到有效的補償,輸出相位精度更高。文章設計了逆變電源數(shù)字控制系統(tǒng),采用TMS320LF2407A控制產(chǎn)生SPWM波,給出控制系統(tǒng)DSP程序運行流程圖,并用DSP對其進行了實現(xiàn)數(shù)字化。多環(huán)反饋控制系統(tǒng)的采用,使系統(tǒng)具有優(yōu)異的穩(wěn)態(tài)特性、動態(tài)特性和對非線性負載的適應性,使逆變電源的性能得到有效提高。
上傳時間: 2013-04-24
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繞組勵磁同步電機具有功率因數(shù)可調、效率高等優(yōu)點,在工業(yè)大功率場合獲得了廣泛應用,因此研究和開發(fā)高性能的繞組勵磁同步電機驅動系統(tǒng)具有重大的經(jīng)濟價值和社會效益。目前開發(fā)高性能繞組勵磁同步電機驅動系統(tǒng)所采用的控制方案主要有兩種:一種是直接轉矩控制(DTFC);另一種是磁場定向矢量控制(FOC)。繞組勵磁同步電機的矢量控制策略具有控制結構簡單,物理概念清晰,電流、轉矩波動小,轉速響應迅速,易實現(xiàn)數(shù)字控制等優(yōu)點。因此,在交流傳動領域中,越來越受到學者的關注。但是,無論在國內還是國外,交直交型繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)的研究還缺乏全面深入的理論研究,還沒有建造起矢量控制系統(tǒng)的理論體系構架。本文對繞組勵磁同步電機矢量控制系統(tǒng)進行了初步的理論探討,并進行了詳細的實踐研究,為以后更深入、廣泛地研究此系統(tǒng),打好堅實的基礎。本論文主要研究內容如下: @@ 通過廣泛的查找文獻,對幾種常見的同步電機傳動系統(tǒng)進行了綜述,分析了同步電機變頻調速原理,在此基礎上,講述了無傳感器技術在同步電機中的應用現(xiàn)狀。無傳感器技術主要有兩大類:基于基波量的檢測方法和基于外加信號的激勵法。隨后,對轉子初始位置的估計進行了綜述,其方法有:基于電機定子鐵芯飽和效應的轉子位置估計,高頻信號注入法,基于定子繞組感應電壓的估計法和基于相電感計算法等。繞組勵磁同步電機轉子初始位置估計的研究還很少。 @@ 對繞組勵磁同步電機矢量控制的理論進行了全面深入地研究,建立起矢量控制的理論體系構架。 @@ 首先,基于磁勢等效原理,將三相靜止交流信號等效變換為兩相旋轉直流信號,將交流電機等效為直流電機進行控制。在Clarke變換和Park變換的基礎上,得到凸極同步電機轉子磁場定向的電壓矩陣方程、功率方程和運動方程。根據(jù)上述方程,繪出dq軸的等值電路及矢量圖,得到狀態(tài)空間描述的dq軸數(shù)學模型。 @@ 其次,根據(jù)模型參考自適應原理,對同步電機轉速進行估計。忽略同步電機d軸阻尼繞組的作用,取同步轉速為零,得到同步電機αβ靜止坐標系下 的數(shù)學模型。將不含有轉子轉速信息的方程作為參考模型,將含有轉速參數(shù)的方程作為可調模型,根據(jù)波波夫超穩(wěn)定性和正性原理,對轉子轉速進行估計。@@ 最后,根據(jù)模型參考自適應估計的轉子轉速,設計磁通觀測器來估計轉子磁通,實現(xiàn)磁通反饋閉環(huán)控制。磁通觀測器采用降維觀測器,僅對轉子磁通分量進行重構,并通過極點配置算法,合理配置觀測器的極點,使觀測器滿足系統(tǒng)的性能指標,達到磁通觀測的目的。 @@ 新穎的空間矢量脈寬調制算法。從空間矢量的基本概念入手,深入分析了定子三相對稱電壓與空間電壓矢量之間的關系。由三相電壓源型逆變器輸出電壓波形得到六個有效開關狀態(tài)矢量,這六個開關矢量和兩個零矢量合成一組等幅不同相的電壓空間矢量,去逼近圓形旋轉磁場。其次,根據(jù)空間電壓矢量所在的扇區(qū),選擇相鄰有效開關矢量,在伏秒平衡的法則下,計算各有效開關矢量的作用時間。并且,探討了扇區(qū)判斷和扇區(qū)過渡問題,定性分析了空間矢量脈寬調制(SVPWM)的性能。最后,根據(jù)每個扇區(qū)中開關矢量作用時間,采用軟件構造法,在TMS320LF2407A硬件上實現(xiàn)了SVPWM。實驗結果表明,該算法簡單易實現(xiàn),能夠有效的提高直流母線的電壓利用率,具有在低頻運行穩(wěn)定,逆變器輸出電流正弦度好等優(yōu)點。 @@ 空間矢量過調制算法的研究。在上述線性調制的基礎上,提出一種基于電壓空間矢量的過調制方法。過調制區(qū)域根據(jù)調制度分成兩種不同的模式,分別為模式Ⅰ(0.907
上傳時間: 2013-07-25
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本文介紹了埋弧焊的特點、發(fā)展過程、國內外的研究現(xiàn)狀;分析了軟開關逆變式主回路的優(yōu)點、模擬電路控制系統(tǒng)和數(shù)字化控制系統(tǒng)的優(yōu)缺點,指出數(shù)字化控制是逆變埋弧焊機控制的發(fā)展方向;對埋弧焊接工作原理和埋弧焊機控制系統(tǒng)進行分析,介紹了交流方波埋弧焊的優(yōu)點;論述了變動送絲電弧控制系統(tǒng)的原理及影響因素,并且分析了變動送絲情況下焊接電弧的穩(wěn)定性,為逆變式交流方波埋弧焊系統(tǒng)的設計提供了理論依據(jù)。 在分析傳統(tǒng)交流方波埋弧焊主回路的基礎上設計了主回路結構,對主回路中一次、二次逆變回路的軟開關工作方式進行分析并做了簡單仿真。IGBT是逆變電源的核心部件,文中論述了IGBT功率器件的選型和各種保護措施以保證系統(tǒng)的可靠工作。焊機工作發(fā)熱量很大,本文介紹了整機和關鍵器件的熱設計。 數(shù)字化控制方式是逆變埋弧焊機控制的發(fā)展方向,本文采用“MCU+DSP”的控制結構,對埋弧焊的整個焊接過程進行精確控制。文中詳細介紹了主控制板的設計思路和電源、電流與電壓反饋、控制芯片最小系統(tǒng)、通信與保護工作電路。焊機的工作中,各種干擾不可避免,對各種可能干擾分析的基礎上在硬件電路設計和PCB板的制作中采取了相應的抗干擾措施。軟件設計是焊接穩(wěn)定進行的關鍵因素,文中介紹了控制系統(tǒng)中關鍵步驟的軟件設計思路和流程并在軟件的實現(xiàn)中采用抗干擾措施。 最后,對采用本控制系統(tǒng)的埋弧焊機進行初步實驗,結果表明本文所設計的埋弧焊機控制系統(tǒng)能夠滿足逆變埋弧自動焊的要求,具有電路簡單,控制精度高,抗干擾能力強、操作方便、工作穩(wěn)定可靠等優(yōu)點,提高了焊機的綜合性能及自動化程度。 本課題所設計的逆變式交流方波埋弧焊電源具有良好的輸出特性和控制性能,可滿足埋弧自動焊和手工焊的要求。采用交流方波的焊接波形、對焊接整個過程進行實時軟件控制,電弧穩(wěn)定,焊接效果好。 關鍵詞:埋弧焊;交流方波;逆變;軟開關
上傳時間: 2013-06-08
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